第一章 蛋白质的结构与功能

1、蛋白质的分子组成 2、蛋白质的分子结构 3、蛋白质结构与功能的关系 4、蛋白质的理化性质

第一章 蛋白质的结构与功能

• 蛋白质的分子组成
  • 生物学功能：动态功能和结构功能
  • 元素组成：碳、氢、氧、氮、硫，含氮量平均为16%，每克样品含氮克数*6.25*100=100克样品中蛋白质含量
  • L-ɑ-氨基酸是蛋白质的基本结构单位
    • 原料：20种氨基酸
    • 除甘氨酸外都是L-ɑ-氨基酸，硒代半胱氨酸也可合成蛋白质，常见于过氧化物酶和电子传递链中的还原酶等，其中硒原子代替了半胱氨酸分子中的硫原子。
    • 不参与蛋白质合成但具有重要生理作用的L-ɑ-氨基酸（与尿素合成有关）：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸代琥珀酸。
  • 氨基酸分类
    • 非极性脂肪族氨基酸：不溶于水，缬氨酸Val、异亮氨酸Ile、亮氨酸Leu、脯氨酸Pro、蛋氨酸Met、丙氨酸Ala、甘氨酸Gly
    • 极性中性氨基酸：半胱氨酸Cys、天冬酰胺Asn、丝氨酸Ser、苏氨酸Thr、谷氨酰胺Gln
    • 芳香族氨基酸：酪氨酸Tyr、色氨酸Trp、苯丙氨酸Phe
    • 酸性氨基酸：天冬氨酸Asp、谷氨酸Glu
    • 碱性氨基酸：精氨酸Arg（胍基）、赖氨酸Lys（氨基）、组氨酸His（咪唑基）
    • 脯氨酸与半胱氨酸：脯氨酸为亚氨基酸，脯氨酸可被修饰成羟脯氨酸，赖氨酸可被修饰成羟赖氨酸
  • 氨基酸的理化性质
    • 两性解离的性质：等电点pI——pH<pI，正电荷
    • 含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质：蛋白质含量的分析法
    • 氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物：定量分析法
  • 氨基酸通过肽键连接
    • 肽键为酰胺键
  • 谷胱甘肽（GSH）
    • 组成：谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
    • 肽键：第一个为非ɑ肽键，是由谷氨酸的ɣ-羧基与半胱氨酸的氨基组成
    • 主要功能集团：半胱氨酸中的巯基
    • 功能：具有还原性，作为还原剂，保护蛋白质免遭氧化
    • 临床：蚕豆病（红细胞膜上有GSH，红细胞内的磷酸戊糖途径中G6PD缺乏——>NADPH下降——>无法保证红细胞膜上的GSH保持还原型——>膜溶解破裂，溶血）
• 蛋白质的分子结构
  • 一级结构
    • 定义：从N端至C端的氨基酸排列顺序。
    • 化学键：肽键
    • 举例：二硫键、牛胰岛素
    • 一级结构是基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素，其他因素：分子伴侣
  • 二级结构
    • 定义：一段多肽链的主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。
    • 肽单元：参与肽键的6个原子位于同一平面。
    • 蛋白质二级结构：ɑ-螺旋、ß-折叠、ß-转角、欧环
    • 化学键：氢键
  • 三级结构
    • 定义：整条肽链全部氨基酸（包括残基）的相对空间位置
    • 化学键：疏水键、盐键、氢键、范德华力
    • 模体：具有特定空间构象和特定功能，包括亮氨酸拉链、锌指结构
    • 超二级结构：2个或2个以上具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合。不属于三级结构
    • 结构域：三级结构层次上分子量较大的蛋白质可折叠成多个结构较为紧密且稳定的区域，并各行其功能。
    • 空间构象必须正确才可发挥功能，需分子伴侣的辅助
    • 举例：肌红蛋白
  • 四级结构
    • 定义：含有两条以上的多肽链的蛋白质
    • 亚基：蛋白质中具有三级结构的多肽链
    • 化学键：氢键和离子键
    • 举例：血红蛋白
• 蛋白质结构与功能的关系
  • 主要功能：构成细胞和生物体结构、物质运输、催化功能、信息交流、免疫功能、氧化功能、维持机体的酸碱平衡、维持正常的血浆渗透压
  • 执行功能的主要方式：蛋白质与小分子相互作用、蛋白质与核酸的相互作用、蛋白质相互作用是蛋白质执行功能的主要方式
  • 一级结构是高级结构与功能的基础：1、一级结构是空间构象的基础2、一级结构相似则高级结构也相似3、一级结构改变则引起疾病，例如分子病镰刀状红细胞贫血
  • 蛋白质构象改变：疯牛病
• 蛋白质的理化性质
  • 两性解离性质
  • 胶体性质：水化膜、电荷
  • 变性与复性
  • 光吸收作用：含共轭双键
  • 呈色反应：茚三酮反应、双缩脲反应